La evolución radical de la variante ómicron

De las mutaciones de ómicron, 13 debían haber perjudicado sus posibilidades de supervivencia. En lugar de eso, se combinaron para que prosperara.

Mientras las enfermeras y los médicos luchan contra una ola sin precedentes de casos de ómicron, los biólogos evolutivos están inmersos en su propia lucha: averiguar cómo surgió esta variante que domina el mundo.

Cuando la variante ómicron fue detectada en el sur de África en noviembre, los científicos quedaron sorprendidos por su composición genética. Mientras que las variantes anteriores se diferenciaban de la versión original del coronavirus vista en Wuhan por una o dos decenas de mutaciones, ómicron tenía 53, un salto gigantesco en la evolución viral.

En un estudio publicado en línea la semana pasada, un equipo internacional de científicos profundizó el misterio. Descubrieron que 13 de esas mutaciones rara vez, o nunca, se encontraban en otros coronavirus, lo que sugiere que deberían haber sido perjudiciales para la variante ómicron. En cambio, cuando actúan en conjunto, estas mutaciones parecen ser clave para algunas de las funciones más esenciales de ómicron.

Ahora los investigadores intentan averiguar cómo fue que ómicron desafió las reglas normales de la evolución y utilizó estas mutaciones para convertirse en un portador tan exitoso de la enfermedad.

“Aquí hay un misterio que alguien tiene que descifrar”, dijo Darren Martin, virólogo de la Universidad de Ciudad del Cabo y quien trabajó en el estudio nuevo.

Las mutaciones son una parte habitual de la existencia de un coronavirus. Cada vez que un virus se reproduce dentro de una célula, hay una pequeña posibilidad de que la célula produzca una copia fallida de sus genes. Muchas de estas mutaciones causarían que los nuevos virus sean defectuosos e incapaces de competir con otros virus.

Pero una mutación también puede mejorar al virus. Podría ayudarle a aferrarse más a las células, por ejemplo, a hacer que se replique con mayor velocidad. Los virus que heredan una mutación benéfica pueden superar a otros.

Durante gran parte de 2020, los científicos descubrieron que distintos linajes de coronavirus de todo el mundo habían adquirido un puñado de mutaciones con el tiempo. El proceso evolutivo era lento y constante hasta el final de ese año.

En diciembre de 2020, los investigadores británicos se sorprendieron al descubrir una nueva variante en Inglaterra con 23 mutaciones que no se habían encontrado en el coronavirus original aislado en Wuhan un año antes. Esa variante, que más tarde se conocería como alfa, pronto se convirtió en dominante en todo el mundo. Durante 2021, surgieron otras variantes de rápida propagación. Mientras que algunas se quedaron limitadas a ciertos países o continentes, la variante delta, con 20 mutaciones distintivas superó a la alfa para convertirse en la dominante en el verano de ese año.

Y entonces llegó ómicron con el doble de mutaciones. En cuanto la variante salió a la luz, Martin y sus colegas se pusieron a reconstruir la evolución radical de la variante comparando sus 53 mutaciones con las de otros coronavirus. Algunas de estas eran compartidas por ómicron, delta y otras variantes, lo que sugería que habían surgido varias veces y que la selección natural las había favorecido una y otra vez.

No obstante, los científicos descubrieron un patrón diferente cuando observaron la proteína de la espícula que se encuentra en la superficie de ómicron y le permite adherirse a las células.

El gen de la espícula de ómicron tiene 30 mutaciones. Los investigadores descubrieron que 13 de ellas eran sumamente raras en otros coronavirus, incluso los de sus primos lejanos virales que se encuentran en los murciélagos. Algunas de las 13 mutaciones no se habían visto antes en los millones de genomas de coronavirus que los científicos han secuenciado a lo largo de la pandemia.

Si una mutación fuera beneficiosa para el virus, o incluso neutra, los científicos esperarían que apareciera en las muestras con más frecuencia, pero si es poco frecuente o no aparece en absoluto, suele ser una señal de que es perjudicial para el virus, lo que impide que se multiplique.

“Cuando ves ese patrón, te está diciendo algo de manera clara y rotunda”, dijo Martin. “Cualquier cosa que sufra un cambio en esos sitios probablemente va a ser defectuosa, no va a sobrevivir por mucho tiempo y se extinguirá”.

No obstante, ómicron desafiaba esa lógica. “Ómicron no se estaba muriendo, precisamente”, dijo Martin. “Solo estaba despegando como nada que hubiéramos visto antes”.

Lo que hace que estas 13 mutaciones sean aún más intrigantes es que no están esparcidas al azar por toda la espícula de ómicron. Forman tres grupos o clústeres, cada uno de los cuales altera una pequeña porción de la proteína y cada una de esas tres áreas desempeña un papel importante en la singularidad de ómicron.

Dos de los grupos modifican la espícula cerca de su punta, lo que hace más difícil que los anticuerpos humanos se adhieran al virus y lo mantengan fuera de las células. En consecuencia, ómicron es bueno para infectar incluso a las personas que tienen anticuerpos de las vacunas o de un contagio previo de COVID-19.

El tercer grupo de mutaciones altera la espícula más cerca de su base. Esta zona, conocida como dominio de fusión, entra en acción una vez que la punta de la espícula se ha enganchado a una célula, lo que le permite al virus dejar sus genes dentro de su nuevo huésped.

Por lo general, los coronavirus utilizan el dominio de fusión para unirse con la membrana de una célula. Entonces sus genes pueden flotar en sus profundidades.

No obstante, el dominio de fusión de ómicron suele hacer algo diferente. En lugar de fusionarse con la membrana de la célula, todo el virus es engullido por una especie de coladera celular, que se agarra para formar una burbuja dentro de la célula. Una vez que el virus queda atrapado dentro de la burbuja, puede abrirse y liberar sus genes.

Esta nueva vía de infección puede ayudar a explicar por qué la variante ómicron es menos grave que la delta. Las células de las vías respiratorias superiores pueden tragarse con facilidad al ómicron en burbujas, pero en las profundidades de los pulmones, donde la COVID-19 puede causar daños mortales, los coronavirus tienen que fusionarse con las células, algo en lo que la variante ómicron no es hábil.

Estas tres zonas de la espícula parecen haber sido importantes para el éxito de ómicron. Esto hace aún más desconcertante que estas 13 mutaciones fueran tan escasas antes de ómicron.

Martin y sus colegas sospechan que la razón es la “epistasis”: un fenómeno evolutivo que puede hacer que las mutaciones sean perjudiciales por sí solas pero beneficiosas cuando se combinan.

La variante ómicron quizá haya convertido un lote de 13 mutaciones malas en una ventaja al evolucionar en condiciones inusuales. Una posibilidad es que haya surgido tras un periodo prolongado dentro del cuerpo de una persona con un sistema inmunitario especialmente débil, como un paciente con VIH. Las personas con infecciones crónicas por COVID-19 pueden convertirse en laboratorios evolutivos, albergando muchas generaciones de coronavirus.

La evolución puede desarrollarse de manera diferente en un huésped de este tipo a como lo haría cuando salta de una persona sana a otra cada pocos días o semanas.

“Ahora el virus está atrapado en este individuo, así que de repente hace cosas que por lo general no haría”, dijo Sergei Pond, biólogo evolutivo de la Universidad de Temple y uno de los autores del nuevo estudio.

Puesto que un huésped inmunodeprimido no produce muchos anticuerpos, dentro de este quedan muchos virus que propagar y los nuevos virus mutantes que resisten a los anticuerpos pueden multiplicarse.

Una mutación que le permite a un virus evadir los anticuerpos no es necesariamente ventajosa. Por ejemplo, puede hacer que la proteína de la espícula del virus sea inestable, de modo que no pueda adherirse con rapidez a una célula, pero en el interior de una persona con un sistema inmunitario débil, los virus pueden ser capaces de presentar una nueva mutación que estabilice la espícula de nuevo.

Pond cree que mutaciones similares podrían haberse acumulado una y otra vez en la misma persona, hasta que la variante ómicron desarrolló una proteína de la espícula con la combinación justa de mutaciones que le permitieron propagarse extraordinariamente bien entre las personas sanas.

“Sin duda, parece plausible”, dijo Sarah Otto, bióloga evolutiva de la Universidad de Columbia Británica quien no participó en el estudio, pero dijo que los científicos aún necesitan hacer experimentos para descartar explicaciones alternativas.

Por ejemplo, es posible que las 13 mutaciones de la espícula no representen ningún beneficio para ómicron. En lugar de eso, algunas de las otras mutaciones de la espícula podrían ser la causa del éxito de ómicron y es posible que esas 13 mutaciones solo estén paseando dentro de la variante.

“Yo sería prudente a la hora de interpretar los datos para indicar que todas estas mutaciones que antes eran perjudiciales se han beneficiado de la adaptación”, concluyó Otto.

Pond también reconoció que su hipótesis aún tiene algunas lagunas. Por ejemplo, no está claro el motivo por el cual, durante una infección crónica, ómicron habría ganado una ventaja de su nuevo método de “burbuja” para acceder a las células.

“Simplemente nos falta imaginación”, dijo Pond.

James Lloyd- Smith, ecólogo de enfermedades en la Universidad de California Los Ángeles y quien no participó en el estudio, dijo que la investigación revelaba la dificultad de reconstruir la evolución de un virus, incluso de uno recién surgido. “La naturaleza ciertamente hace lo suyo para mantenernos humildes”, dijo.

Carl Zimmer es el autor de la columna Matter. Ha publicado 14 libros, entre ellos Life’s Edge: The Search For What It Means To Be Alive. @carlzimmer • Facebook